DE102007040076A1

DE102007040076A1 - Heizrohranordnung

Info

Publication number: DE102007040076A1
Application number: DE200710040076
Authority: DE
Inventors: Hua-Hsin Tsai
Original assignee: Tsai Hua-Hsin Linnei
Current assignee: Tsai Hua-Hsin Linnei
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-02-26
Anticipated expiration: 2027-08-25
Also published as: DE102007040076B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Heizrohranordnung (1) zur Erwärmung von Flüssigkeiten, deren Heizrohr (11) als Heizelement mindestens einen Heizkörper (111) aus einem Widerstanddraht aufweist, das sich über die gesamte Länge der Anordnung (1) erstreckt und dessen beide Enden unter Bildung der beiden Elektroden (114) zur Verbindung mit einer Stromquelle jeweils aus einem Ende der Anordnung (1) herausgeführt sind und das einen Widerstandwendel (112) umfasst, der sich über den Großteil der Länge des Inneren der Anordnung (1) erstreckt, wobei die Anordnung (1) als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden Flüssigkeit einen Rohrkörper in Form eines beiderseits dicht geschlossenen Innenrohres (113) aufweist, in dem der Heizkörper (111) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrohr (113) aus einem Quarz besteht, dass ein außerhalb des Innenrohres (113) koaxial dazu angeordnetes Außenrohr (123) unter Bildung eines Zwischenraums (A) zwischen den beiden Rohren (113) (123) vorgesehen ist, das ebenfalls aus einem Quarz besteht und beiderseits durch die gleichen Verschlüsse (124) des Innenrohres (113) geschlossen ist und das auf einem tiefen Niveau eine Eintritts- (121) und auf einem hohen Niveau eine Austrittsöffnung (122) aufweist. Bedarfsfalls kann zusätzlich vorgesehen sein, dass außerhalb dem Außenrohr (123) ein Gehäuse (13) angeordnet ist, das auf einem hohen Niveau mindestens eine Eintrittsöffnung (131) und auf einem tiefen Niveau mindestens eine Austrittsöffnung (132) ...

Description

[Technisches Gebiet]
Die Erfindung betrifft eine elektrische Heizrohranordnung zur Erwärmung von Flüssigkeiten (z. B. Wasser), welche als Heizelement einen Heizkörper, der sich über die gesamte oder wesentliche Länge der Anordnung erstreckt und dessen beide Enden jeweils aus einem Ende der Anordnung herausgeführt sind und die beiden Elektroden zur Verbindung mit einer Stromquelle bilden und der einen Widerstandwendel umfaßt, die sich über den Großteil der Länge des Inneren der Anordnung erstreckt, und als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden Flüssigkeit ein Innenrohr aufweist, in dem der Heizkörper gehalten ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 5.
[Stand der Technik]
Zur elektrischen Erwärmung einer Flüssigkeit wird eine elektrische Heizrohranordnung eingesetzt. 1 illustriert eine typische bekannte Heizrohranordnung mit einem U-förmigen Heizrohr 3, welche als Heizelement einen Heizkörper 32 aus einem Widerstanddraht, das sich über die gesamte oder wesentliche Länge der Anordnung erstreckt und dessen beide Enden jeweils aus einem Ende der Anordnung 3 herausgeführt sind und die beiden Elektroden 33 zur Verbindung mit einer Stromquelle bilden und das einen Widerstandkörper (z. B. eine Widerstandwicklung) umfaßt, der sich über den Großteil der Länge des Inneren der Anordnung erstreckt, und als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden Flüssigkeit einen Rohrkörper 31 aus Metall aufweist, in dem der Heizkörper gehalten ist. Der Zwischenraum zwischen dem Rohrkörper 31 und dem Heizkörper 32 ist mit einer gut wärmeleitenden aber elektrisch isolierenden Isoliermasse 34 ausgefüllt. Die Anordnung 3 ist an ihren beiden Enden jeweils durch einen isolierenden Verschluß 35 aus einem Harz geschlossen, aus dem jeweils eine der Elektroden 33 herausragt.
Nachteilig ist bei der bekannten Heizrohranordnung, daß infolge der elektrischer Leitfähigkeit des mit Wasser in Berührung stehenden Rohrkörpers 31 eine Polarisation und damit eine Korrosion/Oxydation desselben auf seiner Oberfläche entstehen kann. Zudem neigt Verunreinigungen insbesondere in einem kalkhaltigen Wasser auf der Oberfläche des Rohrkörpers 31 niederzuschlagen (Zunder oder der so-genannte "Stein"), was zum schlechten Wärmeübergang zwischen dem Rohrkörper 31 und dem zu erwärmenden Wasser führt. Darüber hinaus wird das zu erwärmende Wasser im wesentlichen quer zum Heizrohr 3 vorbeigeführt. Deshalb durchfließt das Wasser die Heizrohranordnung nicht über ihre gesamte Länge. Mit anderen Worten weist das Wasser im wirksamen Heizbereich der Heizrohranordnung nur eine geringe Verweilzeit für seine Aufwärmung. Dies hat eine schlechte Wirksamkeit der Heizung zur Folge.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizrohranordnung zu schaffen, mit der die vorbeschriebenen Nachteile vermieden werden.
Zum Vermeiden der Probleme der Korrosion und des Niederschlags ist der mit Wasser in direktem Kontakt stehende Rohrkörper aus einem sehr korrosionsfesten Werkstoff, nämlich Quarz hergestellt. Da Quarz elektrisch nichtleitfähig ist, hat das Heizrohr eine geringere Affinität als ein Metall zum ladungstragenden Kabonat- oder Kalziumion und damit zum daraus entstehenden Niederschlag.
Vorzugsweise ist zur Erhöhung der Wirksamkeit der Erwärmung ist der Heizrohr außen mit einem weiteren Rohr (Außenrohr) versehen, wobei das zu erwärmende Wasser im Zwischenraum zwischen den beiden Rohren über die gesamte Länge des Heizrohrs (hier des Innenrohrs) zwangsgeführt wird. Zu diesem Zweck weist das Außenrohr auf einem tiefen Niveau eine Eintrittsöffnung zum Einleiten des zu erwärmenden Wassers und auf einem hohen Niveau eine Austrittsöffnung zum Ableiten desselben auf. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß das Wasser im Zwischenraum in wesentlichen parallel zum Heizkörper über die gesamte Länge seines Widerstandwendels strömt und damit die maximale Erwärmung erhält.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:
[Zeichnung]
1 eine geschnitte Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
2 eine geschnitte Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
3 eine geschnitte Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
4 eine geschnitte Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
5 eine geschnitte Seitenansicht einer fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
6 eine geschnitte Seitenansicht einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
7 eine schematische Darstellung der Funktionsweise in einer geschnitten Seitenansicht der sechsten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung in 6,
8 eine geschnitte Seitenansicht einer siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung,
9 eine schematische Darstellung der Funktionsweise in einer geschnitten Seitenansicht der siebten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Heizrohranordnung, und
10 eine geschnitte Seitenansicht einer Heizrohranordnung nach dem Stand der Technik.
[Erläuterung der bevorzugten Ausführungsformen]
1 illustriert eine erfindungsgemäße Heizrohranordnung 1 zur Erwärmung von Flüssigkeiten (z. B. Wasser), deren Heizrohr 11 als Heizelement einen Heizkörper 111 aus einem Widerstanddraht aufweist, das sich über die gesamte Länge der Anordnung 1 erstreckt und dessen beide Enden jeweils aus einem Ende der Anordnung 1 herausgeführt sind und die beiden Elektroden oder Anschlüsse 114 zur Verbindung mit einer nicht gezeigten Stromquelle bilden. Zudem umfaßt der Heizkörper 111 einen Widerstandwendel 112, der sich über den Großteil der Länge des Inneren der Anordnung 1 erstreckt. Zudem weist die Anordnung 1 als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden Flüssigkeit einen Rohrkörper in Form eines beiderseits dicht geschlossenen Innenrohres 113 auf, in dem der Heizkörper 111 gehalten ist.
Die erste Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß das Innenrohr 113 aus einem korrosionsfesten Quarz besteht. Da Quarz lichtdurchlässig ist, lassen sich die durch den Heizkörper 111 erzeugte Wärme und ggf. auch die Lichtenergie strahlend durch die wArme- und lichttransparente Wand des Innenrohres 113 hindurch auf das außen über das Heizrohr 11 vorbeigeführte Wasser übertragen. Dabei entfällt eine wärmeleitende und elektrisch isolierende Ausfüllung des Zwischenraums.
Die zweite Besonderheit der Erfindung besteht in einem außerhalb des Innenrohres 113 koaxial dazu angeordneten Außenrohr 123, das ebenfalls aus einem Quarz besteht und an seinen beiden Enden durch die gleichen Verschlüsse 124 des Innenrohres 113 geschlossen ist. Die Verschlüsse 124 sind aus einem elektrisch isolierenden, temperaturbeständigen Werkstoff wie Keramik hergestellt. Für den Ein- bzw. Austritt des Wassers weist das Außenrohr 123 auf einem tiefen Niveau eine Eintritts- 121 und auf einem hohen Niveau eine Austrittsöffnung 122 auf, wobei das zu erwärmende Wasser über die Eintrittsöffnung 121 in den Zwischenraum A zwischen den beiden Rohren 113, 123 einfließt, über die wesentliche Länge des heizrohres 11 vorbeigeführt ist und dann über die Austrittsöffnung 121 aus der Anordnung 1 herausfließt.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, mit dem Unterschied, daß der Heizkörper 11 U-förmig ausgebildet ist. Deshalb liegen die beiden Elektroden 114 in einem gemeinsamen (hier dem unteren) Verschluß 124. Ansonst bleiben die übrigen Bauteile ungeändert.
Die dritte Ausführungsform in 3 unterscheidet sich von der ersten nur darin, daß zwei geradlinige Heizkörper 111 in einem einzigen Heizrohr 11 angeordnet sind.
Natürlich kann für einen Heizrohr 11 nicht der Heizkörper 111 sondern die Ein-/Austrittsöffnung 121, 122 zweifach ausgebildet sein. So in der vierten Ausführungsform in 4 weist die Anordnung 1 an ihrem Außenrohr 123 im tiefen und hohen Niveau jeweils zwei Ein- bzw. Austrittsöffnungen 121, 122 auf. Sonst ist die Anordnung 1 ähnlich wie die zweite Ausführungsform in 2 ausgebildet, d. h. mit einem U-förmigen Heizkörper 111.
5 veranschaulicht eine gegenüber der vierten Ausführungsform in 4 geringfügig abgewandelt Variante, mit dem Unterschied, daß insgesamt vier Ein- 121 und vier Austrittsöffnungen 122 vorgesehen sind, wobei jeweils ein oberes Paar und eine unteres Paar von gegenübereinander liegenden Ein- bzw. Austrittsöffnungen in unterschiedlichem tiefen oder hohen Niveau übereinander angeordnet sind.
Außerhalb des Außenrohrs 123 kann zusätzlich ein Gehäuse 13 zwischen den beiden Verschlüssen 124 angeordnet sein. So ist in den letzten zwei Ausführungsformen in 6 bis 9 die Anordnung 1 dreiwandig oder -rohrig mit einem Innenrohr 113, einem Außenrohr 12 (hier vielmehr als "Zwischenrohr" benannt) und einem Gehäuse 13 ausbildet, wobei sich ein zweiter (äußerer) Zwischenraum zwischen dem Außenrohr 12 und dem Gehäuse 13 bildet. Natürlich muß das Gehäuse 13 wie der Außenrohr 12 mindestens eine Ein- 131 und mindestens eine Austrittsöffnung 132 für die Zu- und Ableitung des Wassers aufweisen. Im Gegensatz zum Fall des Außenrohrs 12 liegt hier die Eintrittsöffnung 131 auf einem hohen Niveau und die Austrittsöffnung 132 auf einem tiefen Niveau, damit der Flußweg des Wassers im Zwischenraum B maximal zu verlängern.
Die Unterschiede zwischen den beiden letzten Ausführungsformen liegen nur in der Form der Heizkörper 111 (geradlinig gegenüber U-förmig) und der Anzahl/Anordnung der Ein-/Austrittsöffnungspaare (drei gegenüber zwei übereinander angeordneten Paaren).
7 und 9 illustrieren schematisch die Wirkungsweise der Heizrohranordnung. Durch die strahlende und herangeleitete Wärmeenergie aus dem Heizkörper 111 wird das Wasser im ersten (inneren) Zwischenraum A auf eine hohe Temperatur oder sogar siedend aufgewärmt. Das heiße/oder siedende Wasser und/oder der Wasserdampf werden dann über die Austrittsöffnungen 122 in den äußeren Zwischenraum B und schließlich über die Austrittsöffnung 132 aus dem Gehäuse 13 herausgeleitet. Die Erwärmung ist durch Blasen angedeutet. Vor seinem Eintritt in den Zwischenraum A erhält das Wasser eine Vorwärmung im Zwischenraum B. Dabei erfolgt die Vorwärmung im Zwischenraum B sowohl durch den Kontakt mit der Außenwand des Außewnrohrs 123 als auch durch die übermässige Strahlung aus dem Hitzkörper, die durch die transparente Wand des Innen- 113 und des Außenrohrs 123 hindurchtritt und bis in den zweiten Zwischenraum B reicht. Deshalb kann die Temperatur schnell auf die gewünschte Temperatur erhöht werden.

Claims

Heizrohranordnung (1) zur Erwärmung von Flüssigkeiten, deren Heizrohr (11) als Heizelement mindestens einen Heizkörper (111) aus einem Widerstanddraht aufweist, das sich über die gesamte Länge der Anordnung (1) erstreckt und dessen beide Enden unter Bildung der beiden Elektroden (114) zur Verbindung mit einer Stromquelle jeweils aus einem Ende der Anordnung (1) herausgeführt sind und das einen Widerstanwendel (112) umfaßt, der sich über den Großteil der Länge des Inneren der Anordnung (1) erstreckt, wobei die Anordnung (1) als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden Flüssigkeit einen Rohrkörper in Form eines beiderseits dicht geschlossenen Innenrohres (113) aufweist, in dem der Heizkörper (111) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (113) aus einem Quarz besteht, und daß ein außerhalb des Innenrohres (113) koaxial dazu angeordnetes Außenrohr (123) unter Bildung eines Zwischenraums (A) zwischen den beiden Rohren (113)(123) vorgesehn ist, das ebenfalls aus einem Quarz besteht und beiderseits durch die gleichen Verschlüsse (124) des Innenrohres (113) geschlossen ist und das auf einem tiefen Niveau mindestens eine Eintritts- (121) und auf einem hohen Niveau mindestens eine Austrittsöffnung (122) aufweist.
Heizrohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizrohr (11) mindestens zwei Heizkörper (111) vorgesehen sind.
Heizrohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrohr (123) mindestens zwei Ein- (121) und mindestens zwei Austrittsöffnungen (122) angeordnet sind.
Heizrohranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlüsse (124) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Heizrohranordnung (1) zur Erwärmung von Flüssigkeiten, deren Heizrohr (11) als Heizelement mindestens einen Heizkörper (111) aus einem Widerstanddraht aufweist, das sich über die gesamte Länge der Anordnung (1) erstreckt und dessen beide Enden unter Bildung der beiden Elektroden (114) zur Verbindung mit einer Stromquelle jeweils aus einem Ende der Anordnung (1) herausgeführt sind, wobei die Anordnung (1) einen Widerstandwendel (112) umfaßt, der sich über den Großteil der Länge des Inneren der Anordnung (1) erstreckt, wobei die Anordnung (1) als Berührungsfläche mit der zu erwärmenden Flüssigkeit einen Rohrkörper in Form eines beiderseits dicht geschlossenen Innenrohres (113) aufweist, in dem der Heizkörper (111) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (113) aus einem Quarz besteht, daß ein außerhalb des Innenrohres (113) koaxial dazu angeordnetes Außenrohr (123) unter Bildung eines Zwischenraums (A) zwischen den beiden Rohren (113)(123) vorgesehn ist, das ebenfalls aus einem Quarz besteht und beiderseits durch die gleichen Verschlüsse (124) des Innenrohres (113) geschlossen ist und das auf einem tiefen Niveau eine Eintritts- (121) und auf einem hohen Niveau eine Austrittsöffnung (122) aufweist, und daß außerhalb dem Außenrohr (123) ein Gehäuse (13) vorgesehen ist, das auf einem hohen Niveau mindestens eine Eintrittsöffnung (131) und auf einem tiefen Niveau mindestens eine Austrittsöffnung (132) aufweist, wobei ein zweiter Zwischenraum (B) zwischen dem Außenrohr (123) und dem Gehäuse (13) gebildet ist.
Heizrohranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizrohr (11) mindestens zwei Heizkörper (111) vorgesehen sind.
Heizrohranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenrohr (123) mindestens zwei Ein- (121) un mindestens zwei Austrittsöffnungen (122) angeordnet sind.
Heizrohranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlüsse (124) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Heizrohranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Gehäuse (13) mindestens zwei Ein- (131) und mindestens zwei Austrittsöffnungen (132) vorgesehen sind.